Shapiro Delays at the Quadrupole Order for Tests of the No-Hair Theorem Using Pulsars around Spinning Black Holes
检验无毛定理的一个途径是通过对一颗靠近黑洞的脉冲星进行计时，并拟合脉冲到达时间的四极效应。如果测量到偏离克尔四极的情况，那么无毛定理就失效了。为此，我们推导出一个表达式的光的旅行时间延迟的脉冲星轨道所描述的黑洞时空的Butterdum-Ipser度规，它有一个任意的自旋和四极矩。我们考虑的条款，四极为了在黑洞度规和推导出的时间延迟表达式在一个封闭的解析形式。这允许快速计算，这对于拟合天体物理学黑洞附近轨道的双星的到达时间观测是有用的。
2015-11-05 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic Motion of Spinning Particles in a Gravitational Field
本文研究了在旋转源的引力场中经典相对论自旋试验粒子相对于邻近自由试验粒子的相对运动。阐明了自旋曲率耦合力的影响，并讨论了天体物理喷流中旋转等离子体团簇运动结果的意义。
2005-05-24 astro-ph gr-qc
Exploiting the hidden symmetry of spinning black holes: conservation laws and numerical tests
克尔黑洞是静止的和轴对称的，这导致了能量能量守恒和方位角动量沿着其附近的自由测试粒子的轨道，但也守恒定律的连续体物质场的演化。然而，克尔时空拥有一个额外的“隐藏对称性”，它以一个意想不到的守恒量沿着测地线表现出来，称为卡特常数。我们调查使用这种隐藏的对称性，以获得守恒定律和其他身份，可用于测试天体物理模拟旋转黑洞附近的物质场的演化的可能性。推导出这样的身份后，我们建立了一个简单的数字玩具模型，我们展示了他们如何可以检测到违反演化方程的数值模拟。即使我们得到的表达式之一是以守恒定律的形式，我们最终推荐了一个等效的，但更简单的表达式，不是以守恒定律的形式用于实际应用。
2017-09-11 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic aerodynamics of spinning black holes
本文研究了旋转黑洞在星系介质中运动时产生的相对论空气动力学效应，发现除修正的经典阻力外还出现马格努斯力和升力，并在无碰撞物质与轻标量场两种环境中建立了第一性原理全相对论处理，揭示了旋转力方向与经典流体情形相反，对天体物理和引力波观测具有重要意义。
2024-02-16 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Relativistic scattering of a fast spinning neutron star by a massive black hole
利用自旋二次Mathisson-Papapetrou- Dixon（MPD）方程研究了快自旋中子星遇到无限轨道大质量黑洞时的轨道动力学.我们考虑黑洞重力场中自旋中子星以天体物理相关速度的运动。对于这种低速散射，这些中子星所遵循的双曲线轨道都具有e = 1的偏心率，与e >> 1的轨道相比，具有明显的性质。我们发现，与测地线运动相比，自旋-轨道耦合和自旋-自旋耦合将导致空间无穷远处散射角的变化，并且这种变化在低速散射中比在高速散射中更为显著.这样的变化导致在几个小时的观测内脉冲到达时间的可观测差异，并且对于较大的BH质量或较长的旋转周期，可达几天或几个月。这样一个相对论性脉冲星BH系统也会在LISA的灵敏度波段内发出一系列引力波（GW），在最佳设置下，可以在100 Mpc的距离内看到。用SKA或FAST对这样的GW爆发进行无线电跟踪将允许以高精度测量轨道参数并测试广义相对论（GR）的预测。
2021-10-07 astro-ph.HE gr-qc
Highly eccentric non-spinning binary black hole mergers: quadrupolar post-merger waveforms
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育研究院）；University of Birmingham（伯明翰大学）
本文基于数值模拟，提出非自转二黑洞高偏心并合的后并波形模型，通过贝叶斯方法构建多项式模型，用于参数估计和信号源特性研究。
2026-04-16 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational Acceleration of Spinning Bodies From Lunar Laser Ranging Measurements
太阳对地球和月球的相对论引力梯度加速度，取决于后者的运动，作用于系统的内部角动量。这种自旋-轨道力（在确定天体物理源的重力波信号模板中起作用）略微加速了整个地月系统，但它更强烈地干扰了该系统的内部动力学，具有5厘米的会合振荡范围贡献，目前通过三十多年的月球激光测距测量到4毫米的精度。
2002-12-09 gr-qc
An improved effective-one-body model of spinning, nonprecessing binary black holes for the era of gravitational-wave astrophysics with advanced detectors
我们提高了有效单体（EOB）波形的准确性，在先进的LIGO的第一次观测运行的旋转，非旋进黑洞的二进制校准他们的一组141数值相对论（NR）波形。与先前的EOBNR模型相比，NR模拟将校准域扩展到更大的质量比和自旋。在黑洞微扰理论中计算的克尔自旋接近极值的合并振铃波形提供了额外的输入校准。对于吸气-俯冲阶段，我们使用马尔可夫链蒙特卡罗算法来有效地探索校准空间。对于合并振铃阶段，我们用唯象公式拟合NR信号。在将校准模型外推到任意质量比和自旋之后，当仅在初始相位和时间上最大化时，（主导模式）EOBNR波形具有高于所有NR波形的$99\%$的忠实性--在设计Advanced-LIGO灵敏度时。这意味着由于对这些二进制配置进行建模，事件率的损失可以忽略不计。我们发现，未来的NR模拟在质量比$\gtrsim 4$和双自旋$\gtrsim 0.8$将是至关重要的，以解决不同的方式外推波形模型之间的差异。我们还发现，一些NR模拟，已经存在于这样的区域的参数空间太短，以约束模型的低频部分。最后，我们构建了一个降阶版本的EOBNR模型，以加快波形生成的数量级，从而在Advanced LIGO即将到来的观测运行期间实现密集的数据分析应用。
2017-03-29 gr-qc
Superradiant instability of massive vector fields around spinning black holes in the relativistic regime
研究了在测试场极限下旋转黑洞周围的大质量矢量场（Proca场）的超辐射不稳定性。这是由于天体物理学黑洞的观测可能会探测到超轻玻色子的存在。通过利用时域模拟，我们表征的增长率，频率，空间分布，和其他属性的不稳定模式，包括在政权的黑洞是快速旋转和康普顿波长的Proca字段是可比的黑洞半径。我们发现，在这个政权的相对论效应增加的范围Proca群众是不稳定的，以及最大的不稳定率。我们还研究了由这种不稳定性产生的引力波，发现它们比大质量标量场的情况要强得多。
2017-07-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Spin--Down Power in Astrophysics
虽然天体物理学中的吸积功率已经在许多天文环境中进行了研究，但“自旋下降功率”往往被忽视。在这篇文章中，我证明了单独的自旋下降功率可以驱动一个旋转系统从亚临界状态到临界状态的概率很小，但有限。在一个孤立的自旋下降的中子星的情况下，恒星可能会经历一个夸克-强子相变在其中心，并成为一个软伽马中继器或宇宙学伽马射线暴可观察到。对于一颗自旋下降的白矮星，它的质量极限将降低，并可能达到恒星质量，然后恒星爆炸成Ia型超新星。引力波探测器也许能够测试这些模型。
2002-02-01 astro-ph gr-qc
Can an astrophysical black hole have a topologically non-trivial event horizon?
在四维广义相对论中，有几个定理限制了黑洞的事件视界的拓扑。在静止的情况下，黑洞必须有一个球形视界，而环形空间拓扑只在很短的时间内是允许的。在本文中，我们考虑旋转黑洞的启发圈量子引力和替代理论的重力。我们表明，这些对象的事件视界的空间拓扑结构的变化时，自旋参数超过一个临界值，我们认为，这种现象可能是很常见的非克尔黑洞。这种可能性可能与天体物理学有关，因为在某些模型中，吸积过程可以引起视界的拓扑转变。
2011-10-28 astro-ph.HE gr-qc
Spinning boson stars and Kerr black holes with scalar hair: the effect of self-interactions
自相互作用玻色子星已经被证明可以减轻非自相互作用玻色子星的天体物理最大质量。本文报道了自旋自相互作用玻色子星的一些物理特征，即它们的紧致性、能区的出现和标量场分布。结果与一般的图片，这些玻色子星是比较不紧凑的非自相互作用的。我们还简要讨论了标量自相互作用对具有标量毛的克尔黑洞性质的影响。
2016-04-21 gr-qc
Data analysis of gravitational-wave signals from spinning neutron stars. II. Accuracy of estimation of parameters
我们研究的准确性估计参数的引力波信号从旋转的中子星，可以实现从地球上的激光干涉仪的观测。我们考虑一个模型的信号由两个窄带分量，包括相位和幅度调制。我们使用Fisher信息矩阵计算参数估计的均方根误差的近似值。我们进行了广泛的蒙特卡罗模拟，并获得累积分布函数的均方根误差的天体物理学有趣的参数：信号的振幅，摆动角度，源在天空中的位置，频率和自旋下降系数。我们考虑全天空搜索和定向搜索。我们还研究了确定中子星自行的可能性。我们对目前正在建设的所有激光干涉检测器以及几种可能的观察时间长度和参数空间大小进行了模拟。我们发现，利用激光干涉探测器观测来自中子星的连续引力波信号，可以提供关于中子星天体物理性质的非常精确的信息。我们推导出几种简化的信号模型，这些模型可用于独立于产生引力波信号的物理机制的数据分析方案的理论研究。
1998-09-15 gr-qc
Modified spinning black holes
在f（R）修正引力理论的背景下，我们确定了黑洞的存在是由一个依赖于质量、电荷、自旋和标量曲率的参数的符号决定的。我们得到不同的天体物理对象来自不同的地平线的存在。研究了曲率为负值时这类黑洞的热力学性质，揭示了我们可以区分两种黑洞：快黑洞和慢黑洞。
2012-02-04 gr-qc hep-th
A Metric for Rapidly Spinning Black Holes Suitable for Strong-Field Tests of the No-Hair Theorem
根据无毛定理，天体物理学上的黑洞是由它们的质量和自旋唯一表征的，并由克尔度规描述。有人提出了几种偏离克尔度规的参数，以研究电磁波谱和引力波谱中与预期克尔信号不同的观测特征。然而，由于无毛定理，如果这些时空是爱因斯坦场方程的解，那么它们不可能在事件视界之外的任何地方都是正则的;它们通常在外部观察者可以到达的时空区域中以裸奇点或闭合的类时环为特征。对于无毛定理的观测测试，涉及在圆形光子轨道或黑洞周围的最内部稳定圆形轨道附近的现象，这些病态限制了度量的适用性，仅限于不快速旋转的紧凑对象。在本文中，我们构造了一个Kerr型度规，它除了依赖于它的质量和自旋之外还依赖于一组自由参数，并且在事件视界之外处处正则。我们推导出了在围绕黑洞的赤道圆轨道上的粒子的能量和角动量的表达式，并计算了最内层稳定圆轨道和圆光子轨道的位置。我们证明，这些轨道的变化显着，即使是温和的偏离克尔度规。我们的度规的性质使它成为一个理想的时空，可以利用任意自旋的天体物理学黑洞周围的吸积流的性质，在电磁波谱中对无毛定理进行强场检验。
2011-05-20 astro-ph.HE gr-qc
Jets and Rings in Images of Spinning Black Holes
我们发展了一个旋转黑洞附近毫米波辐射的“双锥”模型。该模型由光学薄，发光的发射锥，中心的自旋轴，这是为了代表喷流壁。由此产生的图像主要是一个薄环。我们首先考虑了黑洞自旋对图像的影响，并证明了主要的影响是使环垂直于自旋轴在天空上的投影位移$2 a_* \sin i + \mathcal{O}(a_*^3)$。这种效应在$a_*$中比光子环本身的形状和大小的变化更低阶，但是在没有位置参考的情况下是无法检测到的。然后，我们表明，射流的中心线可以提供一个合适的参考：它的位置是完全独立的自旋，如果观察者是外锥，和几乎独立的自旋，如果观察者是内锥。如果天体物理学的不确定性可以控制，那么自旋位移就足够大，可以被未来的空间VLBI任务探测到。最后，我们考虑了双锥模型中的环子结构，并证明了总强度中的特征不是普适的，而是依赖于锥的张角。
2023-01-12 astro-ph.HE gr-qc
Towards an understanding of the force-free magnetosphere of rapidly spinning black holes
围绕旋转黑洞的等离子体提取旋转能量和能量发射的能力已被认为是一个关键的天体物理现象。通过对无力磁层和黑洞之间相互作用的分析，我们对这一过程的性质有了重要的认识。这项任务涉及求解复杂的方程组，通常需要复杂的数值模拟。最近的分析试图解决这个问题，利用了极端克尔（NHEK）的近视界区域被赋予了增强的对称群的事实。我们继续在这个方向上，并表明，对于一些共形自相似的解决方案，NHEK力自由方程减少到一个单一的非线性常微分方程，这是很难解决的简单集成。我们在这里介绍一种新的方法，专门针对这个问题，并描述如何可以获得物理上有意义的解决方案。
2016-12-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Prospects for the observation of continuous gravitational waves from spinning neutron stars lensed by the galactic supermassive black hole
研究了在星系超大质量黑洞引力透镜作用下探测来自自旋中子星的连续引力波的前景。假设各种天体物理动机的星系NS的空间分布，我们发现CGW信号从几个（$\sim 0-6$）中子星应强烈透镜。透镜将产生两个信号副本（延迟时间为几秒到几分钟），它们将相互干扰。NS相对于透镜光轴的相对运动将改变干涉图案，这将帮助我们识别透镜信号。考虑到透镜信号的放大率和时间延迟，我们研究了地基探测器对透镜信号的探测能力。根据已知的恒星模型对NS的自旋分布进行建模，并假设$ε= 10^{-7}$的椭圆率，LIGO和Virgo在涉及$\mathcal{O}(10^{12})$模板的现实搜索中不太可能检测到透镜CGW。然而，第三代检测器具有检测至少一个透镜CGW信号的$\sim 2-51\%$概率。对于$ε= 10^{-8}$的椭圆率，检测概率降低到$\sim 0-18 \, \% $。虽然罕见，但这样的观测将使对超大质量黑洞及其环境的有趣探测成为可能。
2023-01-04 astro-ph.HE gr-qc
Apparent shape of super-spinning black holes
我们考虑天体物理学黑洞（BH）可能违反克尔界限的可能性;即，它们可以具有大于BH质量$J > M$的角动量。我们讨论的BH表观形状的影响。即使边界被少量地违反，BH投射的阴影也会从$J \le M$的情况显著地改变（它是小一个数量级的$\sim$），并且可以在寻找超自旋BH时用作明确的观测特征。我们简要地讨论了最近在银河系中心的超大质量BH的毫米范围内的观测，推测它可能违反克尔界限的可能性。
2009-02-03 astro-ph gr-qc
Energy Extraction from Spinning Black Holes via Relativistic Jets
长期以来，天体物理学家一直坚信黑洞的自旋能是吸积黑洞中相对论性喷流的动力来源。最近的两项进展加强了这一论点。首先，数值广义相对论磁流体动力学模拟吸积自旋黑洞表明，相对论喷流自发形成。至少在某些情况下，有明确的证据表明，大部分喷流能量来自黑洞，而不是盘。第二，测量了一些吸积恒星质量黑洞的自旋参数。对于来自这些系统的弹道喷流，我们发现喷流的射电光度与黑洞的自旋相关。这表明了黑洞旋转和喷流功率之间的因果关系，大概是由于广义彭罗斯过程。
2013-03-12 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Shadows from spinning black holes in extended gravity
当M87中心的一个超大质量黑洞的阴影图像被获得时，观测天体物理学的一个新时代开始了。分辨率的提高将允许在事件视界尺度上测试扩展的重力模型。我们开发的方法，允许考虑到黑洞旋转的黑洞阴影建模。证明了直径小于$4R_{Sw}$（$R_{Sw} = 2M$）的黑洞阴影不能用纯Kerr-Newman度规表示.因此，检测到如此规模的阴影将表明必须考虑到进一步的扩张。这一事实可以为引力理论在所考虑的尺度上的详细形式提供新的指示。
2020-01-25 gr-qc
Spinning LQG black hole as a particle accelerator
本研究证明自旋圈量子引力（LQG）黑洞可作宇宙粒子加速器，其无奇点且自旋可超克尔黑洞，额外量子毛发影响粒子动力学，极端情况碰撞质心系能量可任意高，非极端情况有上限且取决于LQG参数，对天体物理及普朗克尺度物理探测有意义。
2025-07-08 gr-qc
Energy Extraction from Spinning Stringy Black Holes
本文首次对弦论Kerr-Sen时空黑洞进行磁化等离子体数值模拟，验证BZ机制在替代引力理论中仍有效，并发现非旋转弦论黑洞可通过吸积释放引力势能产生比史瓦西黑洞强约250%的外流，且其近极端非Kerr黑洞可被视界尺度干涉图像排除。
2023-10-30 astro-ph.GA astro-ph.HE gr-qc
Prospects for determining the nature of the secondaries of extreme mass-ratio inspirals using the spin-induced quadrupole deformation
利用引力波（GW）测量天体的多极矩，为区分黑洞和其他天体提供了一种新的方法。研究了由超大质量Kerr黑洞（主天体）和旋转的恒星质量致密天体（次天体）组成的极端质量比螺旋（EMRI）系统的引力波辐射.次级粒子自旋引起的四极形变对不同的天体是不同的。我们计算了四极形变对GW相位的影响，并对LISA是否能通过GW相位测量区分不同天体提供了一个数量级的估计。我们发现，虽然LISA不能区分黑洞和中子星，它可以区分黑洞从各种各样的高度旋转的天体物理对象，如超自旋和高度变形的外来紧凑的对象，如玻色子星的EMRI系统具有相对较大的质量比（$q\sim 10^{-4}$）。此外，我们表明，自旋引起的四极形变的影响上的GW相的白矮星和棕矮星-EMRI系统可以是相当显着的，即使是小的值的质量比（$q\lesssim 10^{-6}$）。
2022-12-27 gr-qc
High-accuracy waveforms for black hole-neutron star systems with spinning black holes
精确的数值波形是建立和标定引力波天体物理波形模型的重要条件。然而，对于黑洞-中子星双星，很少有精确的波形是公开的。最新的模型校准到大量的旧的模拟具有良好的参数空间覆盖率低自旋非旋进双星，但精度有限，和一个更长的时间少得多，更近的模拟仅限于非自旋黑洞。在本文中，我们提出了三个新的系统，包括快速旋转的黑洞，和一个旋进配置长，精确的数值波形。我们详细研究模拟的准确性，特别是在BHNS二进制文件的背景下，第一次执行波形外推方法的柯西特征提取的结果的详细比较。新波形在螺旋期间具有$<0.1\,{\rm rad}$相位误差，在合并时上升到$\sim (0.2-0.4)\,{\rm rad}$误差，并且在其幅度中具有$\lesssim 1\%$误差。我们计算最近的分析模型，这些数值结果的忠实性，并发现专门为BHNS二进制执行良好的模型（$F>0.99$）的二进制文件看到的face-on.For边缘上的意见，特别是进动系统，模型和模拟之间的分歧增加，和模型，包括进动和/或高阶模式开始比BHNS模型，目前缺乏这些功能。
2020-10-27 astro-ph.HE gr-qc
A Highly Spinning and Aligned Binary Black Hole Merger in the Advanced LIGO First Observing Run
我们在公开的LIGO首次观测运行（O1）数据发布中报告了一个新的二元黑洞合并。在我们开发的新的独立分析管道中，在检测器帧啁啾质量范围$\mathcal{M}^{\rm det} \in [20,40]M_\odot$中，该事件的反向误报率为每六年一次。我们对该事件是天体物理起源的概率的最佳估计是$P_{\rm astro} \sim 0.71\, .$。估计的事件的物理参数表明，它是两个大质量黑洞的合并，$\mathcal{M}^{\rm det} = 31^{+2}_{-3}\,M_\odot$与一个有效的自旋参数，$χ_{\rm eff} = 0.81^{+0.15}_{-0.21}$，使这成为迄今为止报道的最高自旋合并。它也是迄今为止观测到的两个红移最高的合并之一。合并的高自旋支持了合并的双黑洞可以通过双恒星演化产生的假设。
2019-03-19 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Scattering of Spinning Test Particles by Plane Gravitational and Electromagnetic Waves
在Einstein-Maxwell平面波背景时空中，在极-偶极近似下，分析了电中性大质量自旋粒子运动的Mathisson-Papapetrou-Dixon（MPD）方程.通过利用这种时空的高度对称性，这些方程被简化为一个易于处理的常微分方程组。类的精确解，对应于特定的初始条件的粒子自旋相对于传播的背景场的方向的方向。对于Einstein-Maxwell脉冲的散射截面的定义，减少在某些限制与标量和狄拉克粒子的散射的基础上的经典和量子场论技术。MPD方法的相对简单性及其对宏观自旋分布的使用表明，它在涉及强经典引力和电磁环境的天体物理情况下可能具有优势。
2002-03-12 gr-qc
Unstable flip-flopping spinning binary black holes
我们用实部和虚部的翻转频率统一描述了自旋双黑洞中的翻转效应和反排列不稳定性。我们发现这种不稳定性只对质量比$0.5<q<1$有效。我们提供的解析表达式，确定的参数空间区域的质量比和自旋幅度$(q,α_1,α_2)$的地图方面发生的不稳定性。这限制了观测双星黑洞引力波的参数估计技术的先验知识，并与此类双星系统的天体物理建模和最终反冲计算有关。
2016-01-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
An alternative interpretation of GW190412 as a binary black hole merger with a rapidly spinning secondary
LIGO-Virgo合作最近报道了GW 190412的性质，GW 190412是一个不相等分量质量的二元黑洞合并（使用EOBNR PHM近似时质量比为$0.25^{+0.06}_{-0.04}$）和与轨道角动量一致的非零有效自旋。他们使用没有信息的先验来推断更大质量的黑洞在90%的置信度下具有0.17和0.59之间的无量纲自旋幅度。我们认为，在孤立的二元演化的背景下，这是更自然的假设，先验的第一个出生的，更大的质量黑洞有一个可以忽略不计的自旋，而质量较小的黑洞的自旋优先与轨道角动量对齐，如果它是由潮汐旋转。在这种天体物理学的动机下，我们得出结论，低质量黑洞有一个无量纲的自旋分量在0.64和0.99之间沿轨道角动量。
2020-04-29 astro-ph.HE astro-ph.SR gr-qc
Super-spinning compact objects generated by thick accretion disks
如果天体物理学黑洞候选者是广义相对论预言的Kerr黑洞，那么它们的自旋参数值必须服从理论界$|a_*| \le 1$。在这项工作中，我们考虑的可能性，这些对象是非克尔黑洞的引力或奇异的紧凑对象在广义相对论的替代理论。我们用一个简单的波兰甜甜圈模型研究了当它们的吸积盘是几何厚度时的吸积过程。吸积过程的图像可能与克尔黑洞周围的图像有质的不同。盘的内缘在赤道面上可能不再有典型的尖点，而可能有两个尖点，分别在赤道面的上方和下方。我们扩展了以前的工作的自旋参数的演变，我们估计的最大值$a_*$的超大质量黑洞候选人在星系核。由于活动星系核的平均辐射效率的测量需要$η> 0.15$，我们推断的“观测”绑定$|a_*| \lesssim 1.3$，这似乎是相当独立的这些对象的确切性质。这样的界限只是比以前的工作中发现的薄磁盘的$|a_*| \lesssim 1.2$稍弱。
2013-05-30 astro-ph.HE gr-qc
Gravitational radiation from the classical spinning double copy
我们建立了微扰经典胶子和自旋源发射的引力辐射之间的对应关系，达到自旋的线性级。这是一个扩展的非自旋经典微扰双副本，并使用相同的颜色到运动学的替代品。引力理论除了引力子外，还有标量场（介子）和2-形式场（卡尔布-拉蒙轴子）。在arXiv：1712.09250中，我们在引力理论中计算了轴子辐射，以表明对应关系固定了它的作用。在这里，我们介绍了引力计算的完整细节。特别地，我们还计算了这个理论中的引力子和引力子的振幅，发现它们与双拷贝的预测精确地匹配。这是对经典双拷贝对应的一个重要检验，使我们更接近于简化天体物理相关源的引力波观测量计算的目标。
2018-03-06 gr-qc hep-ph hep-th
Aschenbach effect for spinning particles in Kerr-(A)dS spacetime
在局部非旋转参照系中，测试粒子围绕快速旋转的黑洞旋转的速度梯度的非单调行为被称为阿申巴赫效应。这种效应可以作为快速旋转的黑洞的一个显著特征，对天体物理学黑洞自旋的测量有潜在的用处。本文推广了我们以前对自旋粒子围绕具有非零宇宙学常数的旋转黑洞运动的研究。我们表明，粒子的自旋$s$和宇宙学常数$Λ$修改的临界值的黑洞自旋$a_c$，可以观察到的Aschenbach效应; $a_c$可以增加或减少取决于$s$和$Λ$的迹象。我们还发现粒子的自旋$s$可以模拟宇宙学常数$Λ$对给定的$a_c$的影响，从而导致在Aschenbach效应中$s$，$Λ$和$a_c$的测量不一致。
2021-03-27 gr-qc
Spinning charged test particle dynamics around a Schwarzschild black hole embedded in a homogeneous magnetic field
Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院天文研究所）；Research Centre for Theoretical Physics and Astrophysics, Institute of Physics, Silesian University in Opava（奥帕瓦西里西亚大学物理学院理论物理与天体物理研究中心）；Department of Physics, University of Thessaly（色萨利大学物理系）
本文研究嵌入均匀磁场的史瓦西黑洞周围自旋带电试验粒子的动力学，通过数值与解析方法分析赤道及非赤道运动，揭示混沌行为并区分两类相互作用的贡献。
2026-05-03 astro-ph.HE gr-qc
Hints of spin-magnitude correlations and a rapidly spinning subpopulation of binary black holes
本研究利用GWTC-3的引力波数据，通过分层推断方法发现双黑洞自旋存在两个子群（可信度超95%），为黑洞自旋种群模型提供了新线索。
2024-11-04 astro-ph.HE astro-ph.IM gr-qc
Influence of flow thickness on general relativistic low angular momentum accretion around spinning black holes
克尔黑洞周围的低角动量吸积的广义相对论性轴对称流可以具有一定的几何构型，其中该流沿着垂直方向（与流的赤道平面正交的方向）保持流体静力平衡。这种吸积模型的流动厚度成为从黑洞视界测量的局部径向距离的函数。在文献中定义了三种类似于这种结构的流动厚度的函数。我们用经典热力学中的多方状态方程和等温状态方程来描述天体物理吸积的稳态方程。在这种几何构型的框架下，我们对三种不同的厚度函数求解方程组，得到了多跨音速、激波、定常积分吸积解。这样的解使我们能够研究流的厚度如何影响激波后流的性质对黑洞自旋角动量的依赖性，即，Kerr参数对于保温的激波，我们发现，后冲击盘的一部分可以成为发光的和相当数量的引力能量所携带的吸积流体可以得到释放的冲击。我们发现哪种厚度函数会产生最大的释放能量，使圆盘最发光。
2020-05-04 astro-ph.HE gr-qc
Physics-inspired deep learning to characterize the signal manifold of quasi-circular, spinning, non-precessing binary black hole mergers
National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校国家超级计算应用中心）；Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系）；Department of Astronomy, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校天文学系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校电气与计算机工程系）
双黑洞合并的自旋分布包含了关于这些物体形成通道的关键信息，以及它们形成、演化和合并的天体物理环境。为了量化深度学习对描述准圆形、自旋、非旋进二元黑洞合并信号流形的适用性，我们引入了一个修改后的WaveNet版本，该版本采用了一种新的优化方案，该方案结合了天体物理学黑洞自旋特性的广义相对论约束。使用在NRHybSur3dq 8有效性范围内生成的150万个$\ell=|m|=2$波形对神经网络模型进行训练、验证和测试，即，质量比$q\leq8$和单个黑洞自旋$ | s^z_{\{1,\,2\}} | \leq 0.8$。使用这个神经网络模型，我们量化了在没有噪声的情况下，我们可以准确地推断出黑洞合并的天体物理参数。我们通过计算测试数据集中的波形与相应信号之间的重叠来做到这一点，这些信号的质量比和单个自旋由我们的神经网络预测。我们发现，收敛的高性能计算和物理启发的优化算法，使准确重建的质量比和个别自旋的二进制黑洞合并在考虑的参数空间。这是在实际探测场景中利用物理学启发的深度学习模型重建二元黑洞合并自旋分布的重要一步。
2020-08-25 astro-ph.IM cs.AI gr-qc
Electromagnetic tests of horizonless rotating black hole mimickers
自从第一次探测到引力波以来，人们对天体物理观测对理解黑洞结构的意义越来越感兴趣。为了限制其他黑洞模型而提出的许多论点都依赖于一些实质性的假设，例如完美的球对称，这意味着没有旋转。然而，鉴于天体物理学上的黑洞一般会表现出非零的角动量，现实的约束必须考虑旋转的影响。在这项工作中，我们分析的引力效应，旋转的超紧凑物体的表面上的发射，通过研究角动量如何影响光线的传播。这使我们能够评估超大质量黑洞（更具体地说，人马座A* 和M87*）假设缺乏旋转的约束的可靠性，如[Astrophys. J. 701，1357（2009）; Astrophys. J. 805，179（2015）]。我们发现，对于快速旋转的对象旋转可以显着影响逃逸概率的光子从物体的表面发射的，与一个显着的增加在赤道地区和减少在两极相对于非旋转的情况下。对于像人马座A* 这样旋转不那么快的黑洞候选者，这样的修改不会显著影响目前的约束，然而，由于这里考虑的相对论透镜和描述基本过程（如吸收）的额外唯象参数，这些约束比最初假设的要弱。然而，考虑到快速旋转的黑洞模仿者的表面发射的角度依赖性将是必要的，为未来的研究对象，如M87*。
2021-01-29 astro-ph.HE gr-qc
Effective chirp mass captures the inspiral frequency evolution of the non-spinning eccentric compact binary
含有黑洞的致密双星系统是先进的干涉型引力波探测器的主要来源。天体物理模型表明，在致密的恒星环境中，如球状星团和星系核中，具有明显的非零偏心率的双星系统的可能性有限。虽然大多数紧凑的二进制测量没有表现出明显的偏心率，约束的偏心率已被放置在少数检测到的事件。随着引力波探测器灵敏度的提高，偏心双星可能成为引力波窗口中的源。然而，高偏心值波形建模的挑战限制了偏心系统的搜索方法以及偏心的参数估计。波形独立的方法正在研究中。在这项工作中，我们证明了一个新的有效啁啾质量$\mathcal{M}_e$参数可以定义的非自旋偏心致密二元系统的动力学。我们得到的现象模型相同的低到中等偏心率值。一个直接的含义是它的应用程序中的未建模的搜索和作为另一个含义，我们证明了这个模型可以用来约束偏心率的非自旋偏心二进制在先进的检测器时代的波形模型无关的方式。
2021-12-06 gr-qc
A survey of spinning test particle orbits in Kerr spacetime
本文研究了Kerr时空中Papapetrou方程的动力学性质。这些方程提供了一个相对论性自旋试验粒子绕旋转（克尔）黑洞运动的模型。我们执行一个彻底的参数空间搜索的迹象，混沌动力学计算的李雅普诺夫指数为各种各样的初始条件。我们发现，Papapetrou方程承认许多混乱的解决方案，与最强的混乱发生在偏心轨道的情况下，接近极限的稳定性，对陷入一个最大的自旋克尔黑洞。尽管存在这些混乱的解决方案，我们表明，物理上现实的解决方案Papapetrou方程是不混乱的，在所有情况下，混乱的解决方案要么不符合现实的天体物理系统，或涉及故障的测试粒子近似导致的Papapetrou方程（或两者兼而有之）。因此，从螺旋形进入更大质量的黑洞的物体发出的引力辐射（例如，激光干涉仪空间天线LISA可以检测到）不应该表现出任何混沌的迹象。
2003-02-25 gr-qc
Magnetic Reconnection and Energy Extraction from a Spinning Black Hole with Broken Lorentz Symmetry
在Penrose过程和Blandford-Znajek机制中，黑洞（BH）的转动能量分别通过粒子裂变和磁张力来提取。最近，受等离子体天体物理学中的一个基本特性--磁重联（MR）的启发，Comisso和Asenjo提出了一种基于能层内磁场线快速重联的新能量提取机制。在本文中，我们研究了背景熊蜂矢量场对快速旋转的具有洛仑兹对称性破缺的黑洞能层中磁共振引起的能量提取。通过洛伦兹对称破缺（LSB）参数$l$，我们得到的旋转黑洞解与标准的Kerr黑洞解是不同的。我们发现，将$l<0$在背景中是通过MR的能量提取的利益，为快速自旋BH所包围的等离子体与弱磁化，低于预期的情景由Comisso和Asenjo。我们的分析有力地表明，通过快速MR的能量提取的功率和等离子体放电过程的效率比Comisso-Asenjo解决方案更有效，只要LSB参数为负，$l<0$。相比于产生于基础背景的Blandford-Znajek机制，我们还表明，如果$l<0$，MR是一种更有效的能量提取机制。
2022-01-24 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Harmonic oscillation and orbital morphology for spinning charged quantum corrected black hole
COMSATS University Islamabad（科摩斯茨伊斯兰堡大学）；Ningbo University（宁波大学）；Tongji University（同济大学）
研究围绕旋转带电EMd量子修正黑洞的粒子动力学行为，通过分析有效势和力确定圆形轨道稳定性等，计算多种振荡频率，揭示自旋、量子修正和电荷参数对轨道的影响，为高精度天体物理观测描述轨道动力学。
2026-10-30 gr-qc hep-th
Superkicks in ultrarelativistic encounters of spinning black holes
我们研究了两个旋转的，质量相等的黑洞通过完全数值相对论模拟的超相对论相遇。两个初始数据序列进行了详细研究：一个导致散射和一个导致掠碰撞和合并。在所有情况下，最初的黑洞自旋都位于轨道平面内，这种结构导致了所谓的“超级反冲”。在天体物理学中，准圆吸气，这样的反冲可以高达~ 3，000 km/s;在这里，我们发现的配置超过~ 15，000 km/s。我们发现，最大反冲力与引力波辐射的能量总量成正比，但很大程度上与合并是否发生无关。这表明，主要负责超级反冲的机制与合并动力学无关。相反，一个一致的解释是，轨道的“摆动”运动导致双星平面内轨道运动产生的辐射不对称，净不对称被反冲平衡。我们用我们的结果来制定在任何黑洞遇到的最终踢上实现的一些示意图。
2010-11-15 gr-qc
From a locality-principle for new physics to image features of regular spinning black holes with disks
目前的观测为探索黑洞的真实性质提供了前所未有的机会，黑洞必须拥有超越广义相对论的新物理学，以提供无奇异性的描述。为了检验这一新物理学的范式，有必要弥合从新物理学模型的理论发展到现象学发展（如嵌入天体物理盘环境中的黑洞的模拟图像）之间的差距。在本文中，我们沿着这座桥建造了几个台阶。我们构建了一个新的家庭定期黑洞时空的基础上的局部性原则，新的物理联系到当地的曲率尺度。然后，我们描述这些时空中的一套完整的曲率不变量和分析的遍历层和外部事件，以及不同的杀戮视界。我们的全面研究的阴影形状在各种自旋和倾角揭示了特有的图像功能与局部性原则。我们还探讨了光子环作为新物理效应的额外探针。一个简单的分析磁盘模型使我们能够生成规则旋转的黑洞的模拟图像，并测试特征图像特征是否在强度图中可见。
2021-03-24 gr-qc
Spinning magnetized particles orbiting magnetized Schwarzschild black holes
本文首次利用MPD方程研究具有磁偶极矩的旋转粒子在外部均匀磁场中绕史瓦西黑洞的运动，推导有效势并分析自旋与磁相互作用对ISCO、能量、角动量及碰撞质心能量的影响。
2023-08-10 gr-qc
Spherical inspirals of spinning bodies into Kerr black holes
本文研究了 Kerr 黑洞中自转次体的球形进动，通过建模引力波辐射通量并评估自转对信号的影响，发现忽略自转会导致LISA可检测的不匹配。
2025-12-15 gr-qc
Zoom & Whirl: Eccentric equatorial orbits around spinning black holes and their evolution under gravitational radiation reaction
研究了在引力辐射反应影响下，实验体绕Kerr黑洞的偏心赤道轨道。我们采用了一个完善的两步方法：假设粒子是沿着测地线（合理的，只要轨道演化是绝热的），我们计算的能量和角动量辐射到无穷远和黑洞视界的流量，通过Teukolsky-Sasaki-Nakamura形式主义。然后我们可以推断出轨道能量和角动量的变化率，从而推断出轨道的演化。轨道完全由半侧直肠$p$和偏心率$e$描述。我们发现，虽然，在螺旋，$e$减少，直到不久之前的轨道达到分界线的稳定的束缚轨道（这是由$p_{s}(e)$定义），在许多天体物理相关的情况下，偏心率将仍然是显着的，在最后阶段的螺旋。此外，当达到临界值$p_{crit}(e)$时，由于持续辐射诱导的内旋，偏心率开始增加。随着黑洞自旋的增加，两个值$p_{s}$、$p_{crit}$（对于给定的$e$）在坐标项中彼此靠近，就像它们在固定自旋和增加偏心率时一样。特别令人感兴趣的是围绕快速旋转的黑洞的中等和高偏心率轨道，以及$p(e) \approx p_{s}(e)$。我们称这些轨道为“变焦”轨道，因为它们的特征行为包括围绕近星点附近的中心天体的几次旋转。计算了这种轨道产生的引力波形，并显示出非常特殊的签名。这些信号很可能证明对未来的LISA探测器具有相当大的天体物理学意义。
2002-03-25 astro-ph gr-qc
GW190711_030756 and GW200114_020818: astrophysical interpretation of two asymmetric binary black hole mergers in the IAS catalog
Department of Physics, University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）；International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（印度塔塔基础研究院国际理论科学中心）；Center for Gravitational Physics, University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校引力物理中心）；Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学物理与天文学系）；Chennai Mathematical Institute（金奈数学研究所）；Kavli Institute for Cosmological Physics, The University of Chicago（芝加哥大学卡弗里宇宙物理学研究所）；School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study（高等研究院自然科学院）；Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所粒子物理与天体物理系）
本文分析了IAS目录中两个重要的双黑洞并合候选体，通过数值相对论代理模型推断其源属性和残余属性，发现两者均为非对称质量双星，并探讨了其天体物理意义。
2026-04-08 astro-ph.HE gr-qc
Force-Free Electrodynamics around Extreme Kerr Black Holes
充满等离子体的磁层可以从旋转的黑洞中提取能量，并为各种观测到的天体物理现象提供能量来源。这些磁层由高度非线性的无力电动力学方程（FFE）描述。通常，这些方程只能用数值方法求解。在本文中，我们考虑的FFE方程非常接近视界的最大自旋黑洞，在那里的能量提取发生。由于增强的共形对称性，出现在这个近地平线区域，我们能够解析地获得几个无限族的完全非线性方程的精确解。
2015-03-19 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Numerical relativity higher order gravitational waveforms of eccentric, spinning, non-precessing binary black hole mergers
我们使用开源的，社区驱动的，数值相对论软件，爱因斯坦工具包，研究偏心，旋转，非旋进的二进制黑洞合并与质量比$q=\{2, 4, 6\}$，个别无量纲自旋参数$χ_{1z}=\pm0.6$，$χ_{2z}=\pm0.3$，其中包括高阶引力波模式$\ell\leq4$，除了记忆模式的物理。假设恒星质量的二进制黑洞合并，可以检测到先进的LIGO探测器，我们发现，包括模式高达$\ell=4$增加的信号噪声之间的$3.5\%$到$35\%$的紧凑型二进制文件，相比，只包括$\ell=|m|=2$模式的信号。我们使用两个波形模型，TEOBResumS和SEOBNRE，其中包括自旋和偏心率校正的波形动力学，量化的轨道偏心率的数值相对论目录规范不变的方式，通过拟合因子计算。我们的研究结果表明，包含高阶波模式有一个可测量的影响，在恢复中度和高度偏心黑洞合并，因此，它是必不可少的波形模型和信号处理工具，准确地描述这些天体物理源的物理。
2023-03-21 gr-qc
The magnetic Rayleigh-Taylor instability around astrophysical black holes
本文研究了旋转中心黑洞周围天体物理盘内缘的磁瑞利-泰勒不稳定性的发展。我们解决的广义相对论方程，治理小振幅振荡的不连续界面在一个有序的磁场线程开普勒磁盘，我们推导出一个稳定性的标准，取决于中心的黑洞自旋和累积的磁场。我们还比较了我们的结果与GR MHD模拟的黑洞吸积流，达到磁逮捕状态（MAD）的结果。我们发现，对应于模拟参数的不稳定性增长的时间尺度是可比的从ISCO到黑洞的自由落体吸积相应的时间尺度。因此，我们提出，瑞利-泰勒不稳定性破坏积累的磁通量到黑洞的水平，因为磁盘达到MAD状态。
2018-11-22 gr-qc
Parameter estimation on gravitational waves from neutron-star binaries with spinning components
对于新一代先进的地面探测器来说，螺旋状的中子星双星有望成为最重要的引力波信号源之一。我们调查了我们希望使用2015年9月开始运行的高级LIGO探测器来测量这些双星的属性。我们研究了天体物理学动机人口的来源（二进制组件与群众$1.2~\mathrm{M}_\odot$ - $1.6~\mathrm{M}_\odot$和自旋小于$0.05$）使用完整的LIGO分析管道。虽然这个模拟的人口涵盖了潜在的二元中子星源的观测范围，我们不排除这些范围之外的参数源的可能性，鉴于现有的质量和自旋分布的不确定性，这是至关重要的分析占可能的质量和自旋配置的全部范围。我们发现，保守的先验假设中子星的质量和自旋导致平均分数的不确定性的组件质量的$\sim 16\%$，几乎没有限制的自旋（中位数$90\%$上限的自旋更大的组件是$\sim 0.7$）。对中子星自旋的更强的先验约束可以进一步约束质量估计，但只是轻微的。然而，我们发现这些源的天空位置和光度距离不受自旋的影响;因此，如果LIGO检测到BNS源的低自旋种群，忽略自旋计算的计算成本较低的结果将足以指导电磁跟踪。
2016-03-10 astro-ph.HE gr-qc
Exact Foldy-Wouthuysen transformation for gravitational waves and magnetic field background
本文考虑在引力波和恒定均匀磁场的联合背景下Dirac旋量场的精确Foldy-Wouthuysen变换。通过取旋量场哈密顿量的经典极限，我们得到了非相对论性自旋粒子的运动方程。考虑了两种不同的引力场，在这两种情况下，引力波对旋量场和相应的自旋粒子的影响都可以通过足够强的磁场来加强。这一结果对于天体物理学的应用具有重要意义，并且在原理上对于基于原子物理学和精密干涉测量学的引力波探测器的研制具有重要意义。
2007-09-06 gr-qc
PRECESSION: Dynamics of spinning black-hole binaries with python
我们提出的数字代码PRECESSION：一个新的开源Python模块，研究进动黑洞二进制在后牛顿政权的动力学。该代码提供了一个全面的工具箱，（一）研究黑洞自旋沿其进动周期的演变，（二）执行引力波驱动的二进制inspirals使用轨道平均和岁差平均积分，和（iii）预测合并残留物的性质，通过拟合公式从数值相对论模拟。PRECESSION是一个随时可用的工具，可将黑洞自旋动力学添加到更大规模的数值研究中，如引力波参数估计代码、预测引力波事件率的总体合成模型、星系合并树和结构形成的宇宙学模拟。PRECESSION提供了快速可靠的积分方法，将黑洞双星的统计样本从它们形成的大间隔传播到它们变得可检测的小间隔，从而将旋转黑洞双星的引力波观测与它们的天体物理形成历史联系起来。该代码也是一个有用的工具，计算初始参数的数值相对论模拟针对特定的进动系统。PRECESSION可以从Python包索引安装，它在Github上的版本控制下免费分发，在那里提供了进一步的文档。
2017-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Growth of resonances and chaos for a spinning test particle in the Schwarzschild background
恒星质量致密物体进入超大质量黑洞的吸气被称为极端质量比吸气。在最简单的近似中，紧凑物体的运动被建模为大质量黑洞的时空中的测地线，由于辐射能量和角动量，轨道衰减，从而产生高度规则的螺旋。然而，一旦考虑到次级致密体的自旋，可积性就会被打破，并出现长时间的共振和混沌运动。我们数值积分的运动的旋转测试机构在一个非旋转的黑洞和分析它使用各种方法。我们首次表明，共振和混乱，可以发现，即使是天体物理值的自旋。另一方面，我们设计了一种方法来分析共振的增长，我们得出的结论是，我们观察到的共振只是由自旋的二次项引起的，并且在小质量比极限下通常会保持非常小。最后但并非最不重要的是，我们计算重力波形数值求解Teukolsky方程在时域和建立，他们携带的运动的动力学信息。特别是，我们表明，时间序列的引力波应变可以用来辨别规则的混沌运动的源。
2019-11-01 gr-qc nlin.CD
